地球化学-东华理工大学地球化学课件6(2)- TJH共29页
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地球化学ppt课件
19
水环境地球化学研究
2024/1/25
水体化学组成与性质
研究水体中各种溶解物质、胶体物质和悬浮物质的含量、分布和 变化规律，揭示水体的化学性质。
水体中污染物的迁移转化
分析水体中污染物的来源，研究其在水体中的迁移、转化和归宿， 为水污染防治提供依据。
水环境地球化学过程
探讨水体中化学物质的循环、转化和相互作用过程，以及这些过程 对水环境的影响。
可燃冰资源勘查
利用地球化学方法分析可燃冰赋存层位的岩石、 土壤等介质中的气体组成和同位素特征，揭示可 燃冰的成因和分布规律。
2024/1/25
16
环境资源评价中地球化学方法
1 2
环境质量评价
通过分析土壤、水、大气等环境介质中的元素和 化合物含量，评价环境质量状况及其对人类健康 的影响。
污染来源与迁移转化研究
灾害体地球化学特征分析
分析滑坡、泥石流等灾害体的物质组成、化学成分等地球化学特征 。
灾害预测和防治
结合地质环境地球化学评价和灾害体地球化学特征分析，进行滑坡 、泥石流等地质灾害的预测和防治。
26
人类活动对环境影响评价中地值 调查
调查评价区域的环境地球化学背景值 ，为环境影响评价提供依据。
研究地球化学异常的成因 机制，包括地震孕育过程 中的物理化学变化、地下 流体运移等。
异常时空演化规律
分析地球化学异常在时间 和空间上的演化规律，为 地震预测预报提供依据。
24
火山活动监测和预警中地球化学方法
火山气体监测
通过监测火山释放的气体 成分和含量变化，判断火 山活动的状态和趋势。
2024/1/25
2024/1/25
数据获取和处理
地球化学数据获取困难，处理和分析方法复杂，需要进一步提高 数据质量和处理效率。
水环境地球化学研究
2024/1/25
水体化学组成与性质
研究水体中各种溶解物质、胶体物质和悬浮物质的含量、分布和 变化规律，揭示水体的化学性质。
水体中污染物的迁移转化
分析水体中污染物的来源，研究其在水体中的迁移、转化和归宿， 为水污染防治提供依据。
水环境地球化学过程
探讨水体中化学物质的循环、转化和相互作用过程，以及这些过程 对水环境的影响。
可燃冰资源勘查
利用地球化学方法分析可燃冰赋存层位的岩石、 土壤等介质中的气体组成和同位素特征，揭示可 燃冰的成因和分布规律。
2024/1/25
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环境资源评价中地球化学方法
1 2
环境质量评价
通过分析土壤、水、大气等环境介质中的元素和 化合物含量，评价环境质量状况及其对人类健康 的影响。
污染来源与迁移转化研究
灾害体地球化学特征分析
分析滑坡、泥石流等灾害体的物质组成、化学成分等地球化学特征 。
灾害预测和防治
结合地质环境地球化学评价和灾害体地球化学特征分析，进行滑坡 、泥石流等地质灾害的预测和防治。
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人类活动对环境影响评价中地值 调查
调查评价区域的环境地球化学背景值 ，为环境影响评价提供依据。
研究地球化学异常的成因 机制，包括地震孕育过程 中的物理化学变化、地下 流体运移等。
异常时空演化规律
分析地球化学异常在时间 和空间上的演化规律，为 地震预测预报提供依据。
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火山活动监测和预警中地球化学方法
火山气体监测
通过监测火山释放的气体 成分和含量变化，判断火 山活动的状态和趋势。
2024/1/25
2024/1/25
数据获取和处理
地球化学数据获取困难，处理和分析方法复杂，需要进一步提高 数据质量和处理效率。
2024年度东华理工大学地球化学课件5
，减少资源消耗和废弃物排放；加强矿产资源节约与综合利用，提高资源利用效率。
12
03 水体环境地球化 学特征
2024/3/23
13
水体组成及循环过程
2024/3/23
水体组成
水体主要由水分子组成，同时含 有溶解的气体、矿物质、有机物 和生物等。
水循环过程
水循环包括蒸发、降水、地表径 流、地下渗透等环节，实现了水 资源的不断更新和分配。
加强饮用水水源地保护，开展河流湖泊生态修复，实施雨水收集和再利用等。同时，加强水资源监测 和信息化建设，提高水资源管理水平和效率。
2024/3/23
17
04 大气环境地球化 学特征
2024/3/23
18
大气组成结构及其变化原因
大气组成
大气主要由氮气、氧气、氩气和 二氧化碳等气体组成，其中氮气 和氧气占比较大。
2024/3/23
元素地球化学
元素在地球各圈层中的分布、分配、迁移和转化 规律，以及元素在地球化学过程中的作用和意义 。
环境地球化学
研究人类活动对地球环境的影响，以及地球环境 对人类活动的响应和反馈机制。
29
地球化学在环境保护中应用前景展望
大气环境地球化学
研究大气中化学物质的来源、分布、转化 和归宿，以及大气环境对人类健康的影响 。
危害
02
水体污染会导致水质恶化，破坏水生生态系统，危害人体健康
等。
治理措施
03
针对不同污染源和污染物，采取相应的物理、化学和生物治理
措施，如污水处理、底泥疏浚、生态修复等。
16
水资源保护策略与实践
保护策略
制定水资源保护法律法规，实施水资源总量控制和定额管理，推广节水技术和水资源循环利用等。
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03 水体环境地球化 学特征
2024/3/23
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水体组成及循环过程
2024/3/23
水体组成
水体主要由水分子组成，同时含 有溶解的气体、矿物质、有机物 和生物等。
水循环过程
水循环包括蒸发、降水、地表径 流、地下渗透等环节，实现了水 资源的不断更新和分配。
加强饮用水水源地保护，开展河流湖泊生态修复，实施雨水收集和再利用等。同时，加强水资源监测 和信息化建设，提高水资源管理水平和效率。
2024/3/23
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04 大气环境地球化 学特征
2024/3/23
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大气组成结构及其变化原因
大气组成
大气主要由氮气、氧气、氩气和 二氧化碳等气体组成，其中氮气 和氧气占比较大。
2024/3/23
元素地球化学
元素在地球各圈层中的分布、分配、迁移和转化 规律，以及元素在地球化学过程中的作用和意义 。
环境地球化学
研究人类活动对地球环境的影响，以及地球环境 对人类活动的响应和反馈机制。
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地球化学在环境保护中应用前景展望
大气环境地球化学
研究大气中化学物质的来源、分布、转化 和归宿，以及大气环境对人类健康的影响 。
危害
02
水体污染会导致水质恶化，破坏水生生态系统，危害人体健康
等。
治理措施
03
针对不同污染源和污染物，采取相应的物理、化学和生物治理
措施，如污水处理、底泥疏浚、生态修复等。
16
水资源保护策略与实践
保护策略
制定水资源保护法律法规，实施水资源总量控制和定额管理，推广节水技术和水资源循环利用等。
地球化学课件
2) 原子(离子)结合时的几何关系
化学键性相同时，是否发生类质同象取决于 原子 (离子)结合时的几何关系－半径，配位数等。同价类质 同象发育程度主要取决于离子半径差，差值增大， 类质同象臵换范围减小； r1和r2分别代表较大离子和较小离子的半径，当: (r1-r2)/r2<10~15％, 形成完全类质同象，端元组分 间无限混溶； (r1-r2)/r2=10到20~40％, 高温下完全类质同象，低 温时形成不完全类质同象，固溶体发生分解； (r1-r2)/r2>25~40％, 高温下只能形成不完全类质同 象，低温下不能形成类质同象；
1.戈尔德斯密特类质同象法则 戈尔德斯密特(1937)在研究岩浆结晶过程中元素 在矿物间分配的基础上，总结出元素发生类质同 象臵换的规律； 1)小离子优先法则:两种离子电价相同，半径相似， 小半径离子优先进入矿物晶格，集中于早结晶矿 物中，大半径离子集中于晚结晶矿物中。 Mg2+、Fe2+、Mn2+和 Ca2+离子半径分别为0.078nm， 0.083nm，0.091nm，0.099nm，因此Mg2+、Fe2+ 集中在早期结晶橄榄石等矿物中， Mn2+和Ca2+集 中在晚期晶出的辉石，角闪石， 斜长石和黑云母 等矿物中；
同样Ca2+和Hg2+，二者半径相近 (rCa2+=1.05A, rHg2+=1.12A)，电荷也相同， 但因二者电负性相差较大(Ca1.0，Hg1.9)， 也不能相互臵换。硅酸盐造岩矿物中不易 发现Cu和Hg等元素，反之赋存Cu和Hg等元 素的硫化物中也不易发现Na、Ca等元素；
键性接近是类质同象置换的首要条件。
当两种元素数量差异很大时一种元素以分散量进入另一元素晶格主导和伴生元素地球化学参数相近伴生元素隐藏在主导元素晶格中称为内潜同晶内潜同晶置换可以使许多地球化学行为相同或相地球化学行为相同或相近的元素依次进入晶格形成内潜同晶链近的元素
地球化学-东华理工大学地球化学课件3 - TJH-PPT精品文档
（2）通过对大区域出露的不同岩石进行系统取样 和分析.
在区域内采集不同时代的不同类型岩石的代表性 样品，对所获得的样品进行分析测试，然后按照各 类岩石在区域内所占的比例，求出该区域的元素丰 度。
世界上迄今为止只有加拿大地盾和中国东部两 个地区。 优点：1、是上地壳元素丰度研究的最可靠办法；2、 可以同时研究所有主量元素和微量元素的唯一方法。
2）泰勒和麦克伦南（Taylor和McLennan,1985）提出 细粒碎屑沉积岩，特别是泥质岩，可作为源岩出露区上 地壳岩石的天然混合样品，用后太古宙页岩平均值扣除 20%计算上部陆壳元素丰度。
（3）细粒碎屑沉积岩法
缺点：不能给出大陆上地壳主量元素的丰度，对微量元 素的研究也仅限于不溶元素和中等程度的不溶元素。
第三章
地球的化学组成
本章内容
1、地球的结构 2、大陆地壳的结构和组成特征 3、大洋地壳 4、地壳的元素丰度 5、地幔的组成 6、地核的组成 7、地球外部圈层的组成 8、地球的化学组成
1、地球的结构
地震横波：在固态中传播，在液态中不能传播。传播速度慢。 地震纵波：在固态、液态中均可以传播，传播速度快。
人们已获得对大陆地壳研究的认识
1. 大多数地区地壳由上、中、下地壳三层组成。 2. 随深度增加，温度和压力增大，变质程度升高，因此不 同深度的岩石对应不同的变质相。 上地壳：未变质相至绿片岩相岩石和花岗岩侵入体组成 （花岗质）
中地壳：英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长质片麻岩为主 的角闪岩相岩石组成（英云闪长质）
鉴别大陆地壳剖面的标志为（Fountain and Salisbury, 1981）:
（4）地表出露的被确认为下地壳的岩石可直接延伸至地壳深部。 根据地震波速与岩石类型和化学成分之间的关系，可由地震测深 结构推测深部岩石组成。
地球化学-东华理工大学地球化学课件2-TJH-精选文档
二、陨石的化学成分
1、陨石(Meteorite)：是从外层空间落到 地球上的固体物质，质量大小从几克 到几十吨不等. 陨石和流星(meteor)都 来自流星体（meteoroid），当流星 体足够大，并能够受住大气层的严峻 考验落到地面，即为陨石。
2、陨石的研究意义
陨石是空间化学研究的重要对象，具有重要 的研究意义： ① 它是认识宇宙天体、行星的成分、性质及 其演化的最易获取、数量最大的地外物质； ② 也是认识地球的组成、内部构造和起源的 主要资料来源； ③ 陨石中的60多种有机化合物是非生物合成 的“前生物物质”，对探索生命前期的化学演 化开拓了新的途径； ④ 可作为某些元素和同位素的标准样品（稀 土元素，铅、硫同位素）。
体系中元素的丰度(abundance)值实际上只能对这 个体系里元素真实含量的一种估计，它只反映了元素 分布特征的一个方面，即元素在一个体系中分布的一 种集中（平均）倾向。 元素在一个体系中的分布（distribution) ，特别是 在较大体系中决不是均一的。因此，元素的分布还包 含着元素在离散程度（不均一）的特征，因此元素的 分布: ①元素的相对含量（平均含量）= “丰度”；② 元素含量的不均一性（分布离散特征数、分布所服从 统计模型）。 需要指出的是，从目前的情况来看，地球化学对元 素特征所积累的资料（包括太阳系、地球、地壳）都 仅限于丰度的资料，关于元素分布的离散程度及元素 分布统计特征研究，仅限于少量范围不大的地球化学 体系内做一些工作。
花岗岩
华南燕山早期 花岗岩体分布图
地球
估算地球化学体系总体化学组成的方法: ① 用主体代表整体。如用太阳的组成代表太 阳系的组成。 ② 若已知系统各部分的成分后，可用加权平 均法求整体的化学组成。如用上中下地壳 的组成求整体地壳的化学组成。 ③ 在拟定的模型基础上，求系统的化学组成 。如用陨石对比法求地球的化学组成。
地球化学课件
10～100 0 1～0 3 20
1～5 0 06 1～10 400～1500
06 2400～4000
0 0002 0 05 2～5 O5
12～15 0 02
0 005～0 02 02
有害 60
5～50 4000 200
3000
3
500 200 250～500 20
10000
致死 1300 100～300
环境地球化学 页14页
第*页*
元素形态 Ag1+ Al3+
AsIII或V B硼酸盐 Ba2+水溶性
Bi3+ Br Ca2+
Cd2+ Cl1 Co2+ CrV1铬酸盐 Cu2+ F1 FeII或III Ca3+ 环Hg境II地球化学 页I11 5页
人体所摄取的微量元素mg/d
不足 70
0 015
正常 0 06～0 08
第*页*
第二节:人体中元素的分布
❖ 毒性元素
对生物有毒性而无生物功能的元素; 该类元素又可分为两类： 毒性元素 ：Cd Ge Sb Te Hg Pb Ga In As Sn Li;这些毒性
元素是指它们对生物体无有益作用;而只有毒性; 潜在毒性和放射性元素：Be Tl Th U Po Ra Sr Ba;
❖ 匮乏性疾病与环境 由于区域自然环境恶劣;经济 文化落后所造成 ;主要表现为三个特
点： 由于人们所处的生活条件恶劣 营养不足所造成的营养不良性 疾病 ； 由于医疗 交通落后 人口拥挤 卫生条件差所造成的传染性疾病 ； 由于区域生态环境中有不利健康的因子存在;造成特定环境的 特有的地方病;即原生性地方病 ;
由Si Ni As Zn F Fe Ti等组成; ❖ 肌肉中的元素
1～5 0 06 1～10 400～1500
06 2400～4000
0 0002 0 05 2～5 O5
12～15 0 02
0 005～0 02 02
有害 60
5～50 4000 200
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500 200 250～500 20
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致死 1300 100～300
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元素形态 Ag1+ Al3+
AsIII或V B硼酸盐 Ba2+水溶性
Bi3+ Br Ca2+
Cd2+ Cl1 Co2+ CrV1铬酸盐 Cu2+ F1 FeII或III Ca3+ 环Hg境II地球化学 页I11 5页
人体所摄取的微量元素mg/d
不足 70
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正常 0 06～0 08
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第二节:人体中元素的分布
❖ 毒性元素
对生物有毒性而无生物功能的元素; 该类元素又可分为两类： 毒性元素 ：Cd Ge Sb Te Hg Pb Ga In As Sn Li;这些毒性
元素是指它们对生物体无有益作用;而只有毒性; 潜在毒性和放射性元素：Be Tl Th U Po Ra Sr Ba;
❖ 匮乏性疾病与环境 由于区域自然环境恶劣;经济 文化落后所造成 ;主要表现为三个特
点： 由于人们所处的生活条件恶劣 营养不足所造成的营养不良性 疾病 ； 由于医疗 交通落后 人口拥挤 卫生条件差所造成的传染性疾病 ； 由于区域生态环境中有不利健康的因子存在;造成特定环境的 特有的地方病;即原生性地方病 ;
由Si Ni As Zn F Fe Ti等组成; ❖ 肌肉中的元素
地球化学 课件
2、地球化学的学科特点
1）地球化学研究的主要物质系统是地球、地壳及地质 作用，因此它是地球科学的一部分。地球化学针对自然作 用过程提出问题，应用地球化学的理论和方法进行研究， 最后得出对自然作用化学机制的认识。
地球化学的学科特点
2）地球化学着重研究地质作用中物质的化学运动规律。在 地球科学中，地球化学与同是研究地球物质组成的结晶学、 矿物学、岩石学和矿床学等学科的关系尤其密切。矿物学、 岩石学和矿床学往往借助并引进地球化学的理论，来研究 各自学科的问题。地球化学研究系统或过程中微量元素和 同位素的特征和演变，地球化学的基本原理具有普遍性， 有更深刻的意义。现代地球化学是地球科学中研究物质成 分的主干学科和基础学科，通过地球化学研究，可以更好 地回答：岩浆形成的深度和温度、各类变质岩的形成温度 和压力、沉积物是否进入地幔、金属矿床和石油的形成环 境和条件等各类问题。
Schematic diagram showing various input and output fluxes of elements into and out of the ocean.
地球化学的研究思路
（2）自然界物质的运动和存在状态是环境和体系介质条件 的函数。地球化学将任何自然过程都看成是热力学过程， 特定的环境和物理化学条件对具有独立个性的原子产生作 用，使后者产生规律的变化。应用现代科学理论来解释自 然体系化学变化的原因和条件，有可能在更深层次上探讨 和认识自然作用的机制。
地球化学的学科特点
5）地球化学在密切关注人类生活和生产活动中发展，它运 用学科自身的知识、理论、研究思路和工作方法研究矿产 资源、资源利用以及农田、畜牧、环境保护等多方面的问 题。因此，地球化学也是应用性很强的学科。当前，环境 地球化学已成为环境科学中的核心组成部分，诸如：酸雨 的形成、臭氧空洞的成因、全球变暖和温室效应、水和土 壤环境的污染等，都是环境地球化学关注的问题，对环境 问题的认识和分析也要求应用地球化学的理论和知识。另 外，如金属矿产和石油等大部分不可再生的资源的找寻和 勘探，也需要地球化学方法和手段的支持。
地球化学-东华理工大学地球化学课件6(1)- TJH-精品文档
Z=6
N=10
部 分 核 素 图
A=12
每一方格代表一个核素，每个核素是由一定数目质子(Z)和中子(N)组成的核。阴影 方格代表稳定原子，白色方格代表不稳定的或放射性核素。同位素是具有相同Z值 不同N值的原子。同中子异位素(isotone)具有相同N值不同Z值。同量异位素(isobar) 是A值相同，Z值和N值不同的原子。只有同位素是同一元素的原子，因此具有相同 的化学性质。
A Z A M M Q例 Z 1
如：
40 19
40 K Ar 18
Q：中微子（v）＋能力（E）
B.β-衰变: 原子核自发地放射出β-粒子，β-相当于 电子，带有一个负电荷。
A Z A M M Q Z 1
例 如：
87 37
87 Rb Sr 38
6.1.3 核衰变
放射性同位素不断自发地发射出质点和能量，
改变同位素组成并转变成稳定的核素，这种 过程称核衰变反应或蜕变。衰变反应是引起 放射性同位素丰度变化的主要原因。
放射性核素在衰变过程中遵守能量、质量和
电荷守恒定律，具有一定的规律性。重要的 衰变形式有以下几种：
4 1)α衰变：原子核自发地放射出由两个质子和两个中 2 He 子组成的α质点（即 ，称四粒子组）而发生的衰变。 A A － 4 M M ＋E Z 1 Z － 2 2
例 如：
226 88
222 4 Ra Rn He 86 2
M1：母体；M2：子体；A：原子量；Z:原子序数；E：能量
2)β衰变: 原子核自发地放射出β粒子和中微子而发 生的放射性衰变. 分为β＋和β－两种类型. A.β+衰变:原子核自发放射出β+粒子。β+粒子又称正 电子，是质量与电子相等而带正电荷的粒子。
地球化学课件
环境地球化学 页15页
第*页*
第五节:碳酸盐研究与全球变化
2．物理因素对壳体δ13C值的影响 与对氧同位素值的影响相比,温度、盐度等物
理因素对壳体δ13C值分馏作用的影响很小, 一 般 说 来 , 温 度 1oC 的 变 化 可 引 起 δ18O 值
O.2‰的变化,但仅能使δ13C值发生0.035‰的 变化,尽管如此,在一定条件下,δ13C值仍可以配 合其它标志作为推断古温度变化的一种辅助资 料,
❖ 冰期效应,在地质历史时期中可以造成大洋水体同位素成分的明显 变动,当δ18O值向正值偏移时,意味着冰期的到来,向负值偏移代表 着向间冰期的转化,这种冰期效应可以通过生物壳体在大洋地层中 留下明显的记录,
❖ 目前一般认为,当以 PDB为标准时,底水温度变化1oC时,相对于δ180 值0.26‰的变化；而δ180值0.1‰的变化相对于盐度0.2‰的变化 或间冰期海平面10m的变化,同位素测温的误差约在±0.1‰的范围 内,对应于±0.5oC的温度变化,
研究表明：当大气中CO2的浓度比现在增加一倍时,将 通过大气圈的温室效应使全球的平均气温增加1.5～4℃,
极地冰心气泡研究证明：地质时期内CO2曾发生过巨大 变化且这种变化与气候变化之间的时差不超过±2000年,
环境地球化学 页20页
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第五节:碳酸盐研究与全球变化
地质时期中,许多原因都可引起大洋－大 气系统中CO2含量的变化, ❖ 温度因素
环境地球化学 页3页
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第五节:碳酸盐研究与全球变化
3．生命效应对壳体δ180值的影响
生物在造壳过程中所吸取的氧同位素组分还受到生 物自身的生长速率、新陈代谢、光合作用等多种生命效 应的影响与干扰,即所谓生物个体的分馏作用,
地球化学课件 第6讲气体地球化学
稀有气体同位素地球化学研究的进展?地幔中太阳型轻稀有气体的发现?火山岩中宇宙成因稀有气体的鉴别?大洋中脊热流和3he流的密切相关关系证实氦同位素地球化学成功地应用于构造物理学研究?硅酸盐熔融体和晶体之间稀有气体的分配作用?大气氖同位素分馏作用和地幔脱气的理论研究已取得重要成果
第六讲 气体地球化学 Gas Geochemistry
稀有气体同位素
在天然气地质学中，稀有气体应用最普遍且研究程度较高的是氦和氩同位素。 氦、氩同位素组成主要用来确定气体来源、源岩对比和气源追溯。
人类已经历能源的世代： •生物质(以木材为主) •煤炭 •石油、水电 人类未来主要的能源： •天然气 •核能、水电 •水合物、氢气
•天然气在发达国家的能源构成中占40％左右； •天然气在世界平均能源构成中占20％以上； •天然气在我国能源构成中只占不足4％。
天然气地球化学主要研究地球及部分 天体天然气组成、成因、演化和分布 的地球化学过程。
3. 稀有气体
•氦：有两个稳定同位素3He和4He，但在大气中3He/4He比值为1.4×10-6， 3He/4He比值在说明天然气的来源上是很有意义的指标。 美国亚利桑那州诺瓦伊-切姆别尔斯氦气藏中，氮含量达10％。苏北盆地黄桥 发现氦含量达1.2％的天然气藏。四川盆地威远气藏氦含量达0.3％。 气体中氦含量超过0.1％就达到工业开采品位。
5．气体地球化学是在地球科学基础上，采用现代科学技术的 成果迅速发展起来的一门综合性边缘学科
气体地球化学学科特点
•自然界存在各种气体(包括人工排放物)：H、N、O、S、卤素和稀有气体等 形成的单质或化合物。 •气体组分有三种类型：甲烷等烃类气体；CO2、N2、O、H2、H2S等非烃气体； 稀有气体。
关于天然气的成因类型从总体而言，应该说可划分为二大类：有机成因天然气 和无机成因天然气。国际上提出更明确的术语，即生物成因天然气(Biogenic Natural Gas)和非生物成因天然气(Abiogenic Natural Gas)。
第六讲 气体地球化学 Gas Geochemistry
稀有气体同位素
在天然气地质学中，稀有气体应用最普遍且研究程度较高的是氦和氩同位素。 氦、氩同位素组成主要用来确定气体来源、源岩对比和气源追溯。
人类已经历能源的世代： •生物质(以木材为主) •煤炭 •石油、水电 人类未来主要的能源： •天然气 •核能、水电 •水合物、氢气
•天然气在发达国家的能源构成中占40％左右； •天然气在世界平均能源构成中占20％以上； •天然气在我国能源构成中只占不足4％。
天然气地球化学主要研究地球及部分 天体天然气组成、成因、演化和分布 的地球化学过程。
3. 稀有气体
•氦：有两个稳定同位素3He和4He，但在大气中3He/4He比值为1.4×10-6， 3He/4He比值在说明天然气的来源上是很有意义的指标。 美国亚利桑那州诺瓦伊-切姆别尔斯氦气藏中，氮含量达10％。苏北盆地黄桥 发现氦含量达1.2％的天然气藏。四川盆地威远气藏氦含量达0.3％。 气体中氦含量超过0.1％就达到工业开采品位。
5．气体地球化学是在地球科学基础上，采用现代科学技术的 成果迅速发展起来的一门综合性边缘学科
气体地球化学学科特点
•自然界存在各种气体(包括人工排放物)：H、N、O、S、卤素和稀有气体等 形成的单质或化合物。 •气体组分有三种类型：甲烷等烃类气体；CO2、N2、O、H2、H2S等非烃气体； 稀有气体。
关于天然气的成因类型从总体而言，应该说可划分为二大类：有机成因天然气 和无机成因天然气。国际上提出更明确的术语，即生物成因天然气(Biogenic Natural Gas)和非生物成因天然气(Abiogenic Natural Gas)。
地球化学-东华理工大学地球化学课件6(6)- TJH-文档资料
1 3
C同位素分馏(续)
4）氧化－还原反应 碳的氧化还原反应发生在强还原条件下，如：
12
CH 2 H O CO 4 H 4 2 2 2
13
自然界中CH4到CO2反应可能发生在岩浆形成、火山 喷气活动、温泉及生物活动中，分馏的结果使CO2中富 集13C，CH4中富集12C；
1.3 岩石碳同位素组成
6 C O + 6 H O C H O + 6 O 2 2 2 1 26 2
光合作用使得有机物富集12C，而大气中富集13C；因此， 植物乃至整个生物及有机成因的煤、石油、天然气及沥青 都相对富12C；
C同位素分馏(续)
2）热裂解作用
碳氢化合物裂解的动力效应导致轻的化合物中富12C， 重的化合物中富集13C；
2 2 - 2 S O > S O > S O > S C O > S , H S , H S > S 4 3 2 X 2
S同位素分馏(续)
(2) 热化学还原作用 主要指硫在氧化－还原反应过程中所产生的 硫同位素分馏。硫在地壳中价态变化较大， 每一级氧化－还原反应都会产生明显的硫同 位素分馏，如反应：
1. 陨石、月岩 陨石中碳有五种赋存形式：元素碳、碳化物、金属相 中的固体溶液、碳酸岩和“有机化合物”。陨石几乎 具有地壳中观察到的所有碳同位素分馏效应，因此陨 石碳具有很宽的碳同位素组成。 月岩中碳主要以CO、CO2及金属碳化物等形式存在， 其碳同位素组成具有如下特征： 1）月球上不同地区结晶岩的碳含量和δ13C很相似； 2）同一岩石内部和表面的δ13C很均一； 3）月壤的碳含量和δ13C明显高于结晶岩石；
H S SO H S SO
自然界硫(S)有四个同位素：32S(95.02%)、33S(0.75%) 、 34S(4.21%) 、 36S(0.02%) ； 在硫同位素研究中主要研究32S和34S的组成变化，样 品的S同位素组成以δ34S表示：
表生地球化学作用及元素的地球化学ppt课件.ppt
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
（2）反映第四纪气候及环境的变迁。对地区 以及更大的范围内的气候变化进行预测。
表生地球化学作用及元素的地 球化学行为
概念 表生风化及成岩作用 沉积地球化学作用 岩溶地球化学作用 冰川地球化学作用 微生物地球化学作用 稀土元素的地球化学行为
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
表生地球化学作用的概念
表生环境是一个在太阳能和重力能驱使下，以内生过 程所提供的岩石、矿石为原料，固相、液相、气相共 同存在，物理、化学、生物一起作用的一个巨大的多 组分的动力学体系。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
表生地球化学作用及元素的地 球化学行为
概念 表生风化及成岩作用 岩溶地球化学作用 冰川地球化学作用 微生物地球化学作用 稀土元素的地球化学行为
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
岩溶地球化学作用
碳-水-钙循环构成的岩溶动力过程驱动岩溶环 境的元素迁移,并制约元素迁移的质和量。在弱 岩溶动力作用下,可溶性元素迁移,难溶元素在 环境中相对富集;在强岩溶作用条件下,岩石的 碳酸盐成分迅速溶解并以很高的浓度迁移,难溶 的Fe、Si、Al、P、Mn元素在岩溶水中也有一 定的含量,因此元素迁移对岩溶动力条件具有敏 感性。碳酸盐岩背景的元素迁移造成富钙的环 境,由此影响其它元素的迁移,但岩石中元素的 高背景值仍可促进生态环境中该类元素的富集。
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低变质相火山岩定年
1.Sm-Nd同位素系统的封闭性在低变质作用 过程中不易被改变；
2.矿物及岩石的Sm-Nd同位素系统的封闭温 度较高（相对于Rb-Sr而言）；
3.最早的Sm-Nd定年研究主要集中于太古宙 火山岩的结晶年龄的测定。
6.3.2 Sm-Nd同位素模式年龄
假设未发生分异作用的原始地幔岩浆库 是一个具有球粒陨石Sm/Nd比值的均一 岩浆库（CHUR），并假定地壳岩石的 Sm/Nd比值变化只发生在从CHUR源区 分离的时刻，其后Sm/Nd比值保持不变 ，则地壳岩石在一个时间为t的 (143Nd/144Nd)0值就是CHUR源区在时间为 t的演化值.
对于球粒陨石：
（143Nd/144Nd）CHUR（t）=(143Nd/144Nd)CHUR-(147Sm/144Nd)CHUR (eλt-1) （1） 式中：（143Nd/144Nd）CHUR（t）为CHUR在时间为t时的比值；
(143Nd/144Nd)CHUR 和(147Sm/144Nd)CHUR分别为CHUR的现代值，其中 (143Nd/144Nd)CHUR=0.512638，(147Sm/144Nd)CHUR=0.1967。
147Sm的衰变常数较小，因此Sm-Nd法只适合对 古老岩石的定年。
自然界中，各岩石的Sm/Nd比值变化范围 较小（一般变化于0.1-0.5之间），而酸性 岩类其Sm/Nd比值变化范围更小。因此， Sm-Nd全岩等时线法不宜对酸性岩进行年 龄测定，主要应用于对基性岩、超基性岩 等岩类的年龄测定，而对于基性和超基性 的结晶岩，往往应用全岩+矿物等时线法 进行年龄测定效果更好 。
上式中，TCHUR称样品相对CHUR的Nd同位素模式年龄，代表地壳物质从 CHUR中分离的时间或壳幔发生分异的时间。
随着研究的深入，人们发现随着地壳从地幔中的分异，地幔发
生亏损，因而用相对于亏损地幔计算的Nd同位素模式年龄
很合理，通过类似TCHUR的推导，有： TDM=1/λln{1+[(143Nd/144Nd)DM(143Nd/144Nd)S]/[(147Sm/144Nd)DM-（147Sm/144Nd)S]}
• 研究表明：如果体系中没有流体参与，角闪岩相甚至麻 粒岩相变质作用的岩石，仍能使Sm-Nd同位素系统保持封 闭，从而能获得较正确的变质岩原岩的年龄信息。
•由于147Sm的衰变常数较小，因此Sm-Nd法通常适合对古 老岩石的定年（＞10亿年）。为什么？
1 64 27Sm 1 64 03N d+4 2H e+E
(143Nd/144Nd)0是样品的初始比值；147Sm/144Nd是样品现今的 147Sm和144Nd 原子数比，用同位素稀释法测定并计算获得
，λ是147 Sm 的衰变常数；t是样品形成的年龄。
Sm-Nd法定年主要应用全岩等时线法或全 岩+矿物等时线法，其等时线的构筑方法 类同于Rb-Sr法。
1 4 3 N d /1 4 4 N d
对于地壳样品：
（143Nd/144Nd）S（t）=(143Nd/144Nd)S-(147Sm/144Nd)S(eλt-1) 由于样品派生于CHUR源区，因此有： （143Nd/144Nd）S（t）=（143Nd/144N1)式和(2)式，并将t改写为TCHUR，则：
TCHUR=1/λln{1+[(143Nd/144Nd)CHUR- (143Nd/144Nd)S]/[(147Sm/144Nd)CHUR(147Sm/144Nd)S]}
Sm-Nd法定年是基于147Sm的α衰变反应：
根据衰变定律有：
147Sm →143Nd +α
143Nd=147 Sm(eλt-1) 将上式两端同除以稳定同位素144Nd，并考虑样品中初始Nd同
位素，则有：
143Nd/144Nd=(143Nd/144Nd)0+147Sm/144Nd(eλt-1) 式 中 ： 143Nd/144Nd 是 样 品 现 今 的 比 值 ， 用 质 谱 直 接 测 定 ；
（2）在样品形成后，保持Sm和Nd的封闭体系 。
（3）所测样品中，有较为明显的Sm/Nd比值 差异。
Sm-Nd等时线法的优点：
• 147Sm、143Nd这对母子体同位素同属稀土元素，具有十 分相似的地球化学性质，使得放射性成因的子体143Nd形 成后很自然地继承母体在晶格中的位置，而不会逃逸。
• 各种地质作用都很难使Sm和Nd 发生分离和迁移，因而 Sm-Nd体系一般较易保持封闭。
石榴石是Sm-Nd法定年的重要矿物。
Sm-Nd方法适合基性、超基性火成岩定年； Rb-Sr法更适合于酸性、中酸性火成岩定年；
REE在变质作用、热液作用和化学风化作用 中比Rb、Sr要稳定的多，因而对那些已发 生Rb、Sr迁移的岩石仍能用Sm-Nd法定年；
Sm-Nd法用来测定因Rb/Sr值低或对Rb-Sr不 再封闭的岩石年龄；
T1/2 1.061011y
1.0L6n21011 6.541012y1
参考: Begemann et al., 2019, Call for an improved set of decay constants for geochronological use, Geochim. Cosmochim. Acta, 65:111-121
6.3 钐-钕(Sm-Nd)测年及Nd同位素地球化学
6.3.1 Sm-Nd法定年
Sm (Z=62) Nd (Z=60) 稀土元素（REE）
Sm,Nd同位素组成
其中147Sm、148Sm和149Sm 是放射性同位素； 其中144Nd和145Nd是放射性同位素，但它们具有非常大的半衰期( 分别为2×1015年和大于1×1017年),因此可视为稳定同位素。
0.5125 0.5120 0.5115 0.5110 0.5105
0.08
等时线
斜 率 =exp( t)-1
截距，代表(143Nd/144Nd)i
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
147Sm/144Nd
要获得可靠的Sm-Nd 等时年龄，同样要满足下 列条件：
（1）所研究的一组样品具有同时性和同源性。